-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator, mit welchem sich
zwei Organe, wie beispielsweise die Bremshebel zweier Parkbremsen
eines Kraftfahrzeugs so betätigen
lassen, dass ein Ausgleich der zur Betätigung der Organe erforderlichen Zugkräfte geschaffen
werden kann, so dass beide Parkbremsen mit jeweils der gleichen
Kraft beaufschlagt werden.
-
Derartige
Aktuatoren sind grundsätzlich
bekannt, weshalb exemplarisch und zur weiteren Erläuterung
derartiger Aktuatoren auf die
WO 2006/066295 A1 verwiesen wird. Grundsätzlich weisen
derartige Aktuatoren eine antreibbare Exzenterwelle mit einer zugehörigen Exzentrizität auf. Dabei sind
um die Exzenterwelle zumindest zwei drehbare Hohlräder angeordnet,
welche eine unterschiedliche Größe aufweisen
und an denen geeignete Zugmittel, wie beispielsweise Drahtseile
eines Bowdenzugs oder auch ein Gestänge zur Betätigung der zu betätigenden
Organe anbringbar sind. Darüber
hinaus weisen derartige Aktuatoren zumindest ein Zahnelement auf,
welches auf der Exzentrizität
der Exzenterwelle drehbar gelagert ist. In aller Regel besitzen
diese Zahnelemente zwei verzahnte Zonen ebenfalls unterschiedlicher
Größe, die
jeweils mit einem der beiden Hohlräder kämmen. Kurzum handelt es sich bei
derartigen Aktuatoren um so genannte sonnenradlose Planetengetriebe,
bei denen das bzw. die Planetenräder
in Form der zweizonigen Zahnelemente nicht etwa durch ein Sonnenrad,
sondern direkt über
die Exzenterwelle angetrieben werden, um sich entlang der Innenverzahnung
der beiden Hohlräder
abzuwälzen.
Bezüglich
weiterer Details wird auf die bereits genannte
WO 2006/066295 A1 verwiesen,
deren gesamte Offenbarung infolge der Be zugnahme auf diese Druckschrift
hiermit in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.
-
Bei
derartigen Aktuatoren gestaltet sich jedoch häufig die Lagerung der einzelnen
Elemente aufgrund der Vielzahl der sich relativ zueinander drehenden
Bauteile schwierig, was zu einer Beeinträchtigung der Laufruhe führen kann.
-
Darüber hinaus
lassen sich mit derartigen Aktuatoren verhältnismäßig hohe Untersetzungen erzielen,
was jedoch zu entsprechend hohen Lagerkräften führen kann. Diese erhöhten Lagerkräfte können wiederum
die Laufruhe ungünstig
beeinflussen und darüber
hinaus zu einer unerwünscht
großen
Dimensionierung des gesamten Aktuators infolge der entsprechend
widerstandsfähig
und daher groß bauenden
Lagerkörper
führen.
-
Ausgehend
von den den bekannten Aktuatoren anhaftenden Problemen liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Lagerung der einzelnen Aktuatorbauteile
dahingehend weiter zu entwickeln, so dass sich die Laufruhe verbessern
und die Baugröße der Aktuatoren
verringern lässt.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einem Aktuator
gelöst,
welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Der erfindungsgemäße Aktuator
umfasst eine von einer Drehmomentquelle antreibbare Exzenterwelle,
welche eine Exzentrizität
wie beispielsweise einen exzentrisch angeordneten Wellenabschnitt
aufweist. Ferner umfasst der Aktuator zwei Hohlräder, welche um die Exzenterwelle
herum drehbar angeordnet sind. Zur Betätigung der Organe können an
den Hohlrädern
geeignete Zugmittel wie beispielsweise Drahtseile oder Gestänge angebracht
werden. Die beiden Hohlräder werden über wenigstens
ein Zahnelement angetrie ben, welches zwei verzahnte Zonen aufweist
und welches auf der Exzentrizität
der Exzenterwelle drehbar gelagert ist. Um die Hohlräder anzutreiben,
wird das Zahnelement seinerseits durch die Exzentrizität der rotierenden
Exzenterwelle entlang einer Planetenbahn angetrieben, woraufhin
sich das Zahnelement an den entsprechenden Innenverzahnungen der
beiden Hohlräder
abwälzt.
Die erwünschte
Getriebeuntersetzung wird dadurch bewirkt, dass die Verhältnisse
der Zähnezahlen
der jeweiligen Innenverzahnung des betreffenden Hohlrads und der
zugehörigen
verzahnten Zone des Zahnelements verschieden sind.
-
Um
den Aktuator gegen äußere Einflüsse zu schützen, sind
sämtliche
der genannten Elemente des Aktuators in einem Gehäuse eingehaust,
welches eine Öffnung
aufweist, durch welche sich die Exzenterwelle nach außen in Richtung
der Drehmomentkraftquelle hindurch erstreckt. Die beiden Hohlräder können sich
zum Ausgleich der Wege bzw. Kräfte
der beiden Zugmittel gleichsinnig – wenn auch mit verschiedenen
Winkelgeschwindigkeiten infolge der Kopplung durch das als Planetenrad
dienende Zahnelement – verdrehen;
so werden die beiden Hohlräder
infolge der unterschiedlichen Größenverhältnisse
gegenüber
den verzahnten Zonen des Zahnelements letztlich gegensinnig verdreht,
wenn das Zahnelement über
die Exzenterwelle in Umlauf gebracht wird.
-
Um
den Rollwiderstand zu verringern und um die Lager der Exzentergetriebeeinheit
nicht unnötig stark
durch die darin wirkenden Zahnkräfte
zu belasten, ist das Zahnelement auf der Exzentrizität der Exzenterwelle über zumindest
zwei Schrägwälzlager, wie
beispielsweise zwei Schrägkugellager
gelagert. Die beiden Schrägwälzlager
sind dabei gegensinnig zueinander versetzt angeordnet, so dass sich
die Radialebenen der Schrägwälzlager
schneiden. Da sich das zuvor genannte Zahnelement an seinem Außenumfang
an der Innenverzahnung der beiden Hohlräder abstützt bzw. mit diesen kämmt, welche
ihrerseits wiederum über
entsprechende Lager in dem Gehäuse
drehbar gelagert sind, bedarf es keiner weiteren Lagerung der Exzenterwelle
im bzw. am Gehäuse,
da durch die gegensinnige Anordnung der beiden Schrägwälzlager
eine Radialbewegung als auch eine Kippbewegung der Exzenterwelle
ausgeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Lagerung unter Verwendung
von zwei gegensinnig angeordneten Schrägwälzlagern erweist sich fernerhin
dahingehend als vorteilhaft, dass dadurch die radialen Abmessungen des
erfindungsgemäßen Aktuators
reduziert werden können,
da die radiale Ausdehnung der Schrägwälzlager infolge der Schrägstellung
geringer ausfällt
als die eines Radiallagers.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind auch die beiden Hohlräder umfangsseitig über zumindest
zwei Schrägwölzlager
wie beispielsweise zwei Schrägkugellager
gegenüber
dem Gehäuse
gelagert, wobei auch hier die Radialebenen der Schrägwälzlager
sich schneiden. Hierdurch wird eine geschlossene Lagerung der Exzentergetriebeeinheit
im Gehäuse
bewirkt, wodurch Radial- und Axialkräfte bzw. Kippmomente über die
beiden Schrägwälzlager
vom Gehäuse
aufgenommen werden und die Lager innerhalb der Exzentergetriebeeinheit
nicht durch die Zahnkräfte
belastet werden. Da die bekannten Aktuatoren im Gehäuse über zwei Paar
Radiallager als auch über
zwei Paar Axiallager gelagert werden, kann somit auf zwei Lagerungen
im Gehäuse
verzichtet werden, was sich wiederum positiv auf die Laufruhe des
gesamten Aktuators auswirkt. Darüber
hinaus lassen sich auch durch die Ausgestaltung der Lager als Schrägwälzlager
die radialen Ausmessungen des Aktuators reduzieren.
-
Um
die Laufruhe der Exzenterwelle noch weiter zu verbessern, kann diese
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung mittelbar
gegenüber
den Hohlrädern über geeignete
Wälzlager
gelagert sein. Sofern hier von einer mittelbaren Lagerung an den Hohlrädern die
Rede ist, so bedeutet dies, dass sich die genannten Wälzlager
nicht direkt an den Hohlrädern
abstützen,
sondern an sich radial in Richtung der Exzenterwelle erstreckenden
Scheiben, welche ihrerseits kraft- und/oder formschlüssig mit
den Hohlrädern
verbunden oder hieran integral ausgebildet sind. Durch diese Lagerung
der Exzenterwelle an den Hohlrädern
wird eine unerwünschte
axiale Bewegung oder eine Kippbewegung der Hohlräder relativ zu der Exzenterwelle
vermieden. Insbesondere können
diese Lager als Axiallager und Radiallager ausgebildet sein.
-
Zum
Ausgleich von Toleranzen kann im Falle einer Axiallagerung zwischen
der Exzenterwelle und den beiden Hohlrädern zusätzlich ein jeweiliges Federelement
im Wirkpfad der Axiallagerung zwischengeschaltet werden, wodurch
auch axiale Belastungen gedämpft
und mittensymmetrisch ausgeglichen werden.
-
Wie
aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht,
lässt sich
die Exzenterwelle in axialer Richtung über axiale Wälzlager
und in radialer Richtung über
Radialwälzlager
mittelbar gegenüber
den beiden Hohlrädern
lagern. Alternativ dazu kann die Exzenterwelle gegenüber den
beiden Hohlrädern über lediglich
zwei Schrägwälzlager
gelagert werden, was wiederum den zusätzlichen Vorteil einer Größenreduzierung
des Aktuators mit sich bringt.
-
Es
lässt sich
somit infolge der erfindungsgemäßen Schrägwälzlagerung
erreichen, dass die Exzenterwelle nicht direkt am Gehäuse gelagert
ist, so dass durch die Vermeidung unnötiger Rollreibungsverluste
eine Verbesserung hinsichtlich der Laufruhe des gesamten Aktuators
erzielt werden kann.
-
Im
Folgenden wird der erfindungsgemäße Aktuator
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren im Detail erläutert. Hierbei
sei betont, dass die Figuren lediglich zum besseren Verständnis der
Erfindung dienen und insbesondere nicht als den Schutzbereich einschränkend aufgefasst
werden dürfen,
wobei:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Fahrzeugachse mit dem erfindungsgemäßen Aktuator
zeigt;
-
2 eine
schematische Darstellung eines bekannten Aktuators zeigt; und
-
3 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators zeigt.
-
In
allen Figuren hinweg sind gleiche oder einander entsprechende Komponenten
mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
-
In
der 1 ist die Achse eines Kraftfahrzeugs angedeutet
und mit 21 bezeichnet, ihr linkes Rad mit 22,
ihr rechtes Rad mit 23. An der Achse 21 ist ein
erfindungsgemäßer Aktuator 36 angeordnet, der
von einer Kraftquelle 25 angetrieben wird. Von dem Aktuator 36 führen Zugmittel
(Drahtseile oder Bowdenzüge) 26, 27 zu
den zu betätigenden
Organen, welche hier Bremshebel 28, 29 sind, mit
denen hier nicht dargestellte Radbremsen möglichst gleichzeitig und mit
derselben Kraft betätigt
werden sollen.
-
Zum
besseren Verständnis
der Erfindung sowie zur Erläuterung
der den bekannten Aktuatoren anhaftenden Probleme wird im Folgenden
zunächst ein
bekannter Aktuator unter Bezugnahme auf die 2 kurz beschrieben.
In der 2 schließt
an die Kraftquelle 25, welche hier ein Elektromotor ist,
unmittelbar eine Exzenterwelle 2 an, die als Planetenträger fungiert.
Die Exzenterwelle 2 ist bezüglich eines nicht drehbaren
Gehäuses 1 in
den Lager 32, 33 gelagert, was sich infolge der
damit verbundenen Rollreibungsverluste negativ auf die Laufruhe
des gesamten Aktuators auswirkt. Ihre Achse und somit die Hauptachse
des Aktuators 36 ist mit 2' bezeichnet, deren exzentrische
Achse mit 2''. Auf dieser
exzentrischen Achse 2'' ist ein Zahnelement 35 drehbar gelagert.
Es besteht hier aus einem ersten Zahnrad 3 und einem zweiten
Zahnrad 4, welche drehfest miteinander verbunden sind.
Allgemeiner ausgedrückt besteht
das Zahnelement 35 aus einer ersten verzahnten Zone 3 und
einer zweiten verzahnten Zone 4, wovon die erste Zone 3 mit
einem ersten Hohlrad 5 mit Innenverzahnung 5' und die zweite
Zone 4 mit einem zweiten Hohlrad 6 mit Innenverzahnung 6' kämmt. Die
Hohlräder 5, 6 sind
jeweils über
eine Scheibe 43, 44 und Lager 45, 46 an
der Exzenterwelle 2 gelagert. Somit bildet der Aktuator 36 ein
sonnenradloses Planetengetriebe bestehend aus einem Planetenträger 2,
einem oder mehreren umfänglich verteilten
Doppelplanetenrädern 3, 4 und
zwei Hohlrädern 5, 6.
-
Wie
aus der voranstehenden Beschreibung entnommen werden kann, ist die
Exzenterwelle 2 an dem Gehäuse 1 direkt mittels
der Lager 32 und 33 gelagert, was sich bedingt
durch die mit der Lagerung einhergehenden Rollreibungsverluste negativ
auf die Laufruhe auswirkt. Darüber
hinaus ist auch die Scheibe 44 des Hohlrads 6 über das
Lager 33 an dem Gehäuse 1 gelagert,
so dass an dieser Stelle entsprechende Rollreibungsverluste entstehen,
welche sich negativ auf die Laufruhe auswirken können.
-
Zur
Verbesserung der durch derartige Rollreibungsverluste beeinträchtigten
Laufruhe schlägt die
vorliegende Erfindung nun einen Aktuator vor, wie er in der 3 dargestellt
ist. Die Kinematik des erfindungsgemäßen in der 3 dargestellten
Aktuators entspricht dabei bis auf die Lagerungen dem bekannten
in der 2 dargestellten Aktuator, so dass insofern auf
die Ausführungen
zur 2 verwiesen werden kann. Nichtsdestotrotz sei
im Folgenden der Aufbau und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Aktuators
kurz unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben.
-
Der
erfindungsgemäße Aktuator
besteht im Wesentlichen aus einer Exzenterwelle 2, auf
der eine Exzenterscheibe 2a drehfest angeordnet ist. Die
Exzenterscheibe 2a erstreckt sich mit ihrer radialen Ausdehnung
innerhalb zweier Hohlräder 5, 6,
welche eine unterschiedliche Größe, d.h.
eine unterschiedliche Zähnezahl
aufweisen. Auf der Exzenterscheibe 2a ist ein Zahnelement 35 gelagert,
welches sich aus zwei starr gekoppelten Planetenrädern 3, 4 zusammensetzt.
Hierbei sind auch die Planetenräder 3, 4 entsprechend
den Größenabweichungen
der beiden Hohlräder 5, 6 von
unterschiedlicher Größe (Zähnezahl),
wobei das die Planetenräder 3, 4 bei
einer Drehung der Exzenterwelle mit den Innenverzahnungen der jeweiligen
Hohlräder 5, 6 kämmen. Auf
diese Weise sind die beiden Hohlräder 5, 6 kinematisch miteinander
gekoppelt und werden relativ zueinander verdreht, wenn das Zahnelement 35 in
Umlauf gebracht wird.
-
Es
sei noch erwähnt,
dass sich auch bei der hier gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform Scheiben 43, 44 von
den beiden Hohlrädern 5, 6 in Richtung
der Exzenterwelle 2 erstrecken, wobei auf kragenartigen
Fortsätzen
der Scheiben 43, 44 Abtriebsräder 17, 18 zur
Betätigung
zweier Organe drehfest angeordnet sind, welche es mit dem erfindungsgemäßen Aktuator
mit gleichzeitigen Zugkräften
zu beaufschlagen gilt. Die mit den Abtriebsrädern 17, 18 gekoppelten
Zugmittel und die hierfür
erforderlichen Durchlässe
des Gehäuses 1 sind
in 3 nicht gezeigt.
-
Im
Folgenden wird nun die erfindungsgemäße Lagerung der einzelnen Aktuatorkomponenten beschrieben.
Wie der 3 entnommen werden kann, ist
das Zahnelement 35 bestehend aus den beiden Planetenrädern 3, 4 auf
der Exzenterwelle 2 bzw. dessen Exzentrizität 2a über zwei
Schrägwälzlager 9, 10 gelagert,
welche derart schräg
zueinander angeordnet sind, dass sich ihre Radialebenen schneiden.
Die beiden Schrägwälzlager 9, 10 stützen sich
seitens der Exzentrizität 2a an
einem jeweiligen Umfangsabschnitt desselben sowie an einem gemeinsamen
zentralen Stützring 2b ab,
der an der Exzentrizität 2a in
einer Achsnormalebene der Exzenterwelle 2 integral ausgebildet
ist. Da das Zahnelement 35 an der Innenverzahnung 5', 6' der beiden Hohlräder 5, 6 abwälzt, welche
ihrerseits wiederum über
noch genauer zu beschreibende Lager 7, 8 am bzw.
im Gehäuse 1 gelagert
sind, ist die Exzenterwelle 2 im Gehäuse 1 gegen axiale
und radiale Verschiebungen wie auch gegen Kippmomente unanfällig gelagert.
Dennoch ist eine Entkopplung der Exzenterwelle 2 vom Gehäuse 1 dahingehend
bewerkstelligt, dass Rollreibungsverluste vermieden werden, welche
sich negativ auf die Laufruhe auswirken können.
-
Darüber hinaus
sind auch die beiden Hohlräder 5, 6 über die
am Außenumfang
der Hohlräder 5, 6 befindlichen
Schrägwälzlager 7, 8 im
Gehäuse 1 gelagert.
Auch die Schrägwälzlager 7, 8 sind
dabei so angewinkelt, dass sich ihre Radialebenen schneiden. Beispielsweise
können
sowohl die Schrägwälzlager 7, 8 als
auch die Schrägwälzlager 9, 10 unter
einem Druckwinkel von ca. 35° bis
55° angeordnet
werden.
-
Um
axiale Verschiebungen der Exzenterwelle 2 noch besser zu
vermeiden, ist diese fernerhin in axialer Richtung gegenüber den
an den Hohlrädern 5, 6 angebrachten
Radialscheiben 43, 44 über zwei Axialwälzlager 12, 14 und
zwischengeschaltete Federelemente 15, 16 gelagert.
Die Federelemente 15, 16 sind dabei aus Gründen des
Toleranzausgleichs eingesetzt und tragen dazu bei, dass die Axialwälzlager 12, 14 bei
der Montage nicht zu stark durch Klemmkräfte beaufschlagt werden.
-
Um
auch Kippmomente noch wirkungsvoller aufnehmen zu können, ist
die Exzenterwelle 2 fernerhin in radialer Richtung gegenüber den
kragenartigen Fortsätzen
der Radialscheiben 43, 44 über zwei Radialwälzlager 11, 13 gelagert.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt somit einen Aktuator zur Betätigung zweier
Organe mittels Zugkräften
und zum Ausgleich dieser Zugkräfte
zur Verfügung,
bei dem infolge der Lagerung der einzelnen Aktuatorkomponenten eine
weitestgehende Entkopplung der Exzenterwelle gegenüber dem
Aktuatorgehäuse
stattfindet.
-
- 1
- Gehäuse
- 2
- Exzenterwelle
- 2a
- Exzentrizität
- 2b
- Stützring
- 2'
- Hauptachse
- 2''
- exzentrische
Achse
- 3,
4
- Planetenrad
- 5,
6
- Hohlrad
- 5', 6'
- Innenverzahnung
- 7,
8, 9, 10
- Schrägwälzlager
- 11,
13
- Radialwälzlager
- 12,
14
- Axialwälzlager
- 15,
16
- Federelement
- 17,
18
- Abtriebsrad
- 21
- Achse
- 22
- Rad
links
- 23
- Rad
rechts
- 25
- Kraftquelle
- 26,
27
- Zugmittel
- 28,
29
- Bremshebel
- 32,
33
- Lager
- 35
- Zahnelement
- 36
- Aktuator
- 43,
44
- Radialscheibe
- 45,
46
- Lager